Хімія. 8 клас. Лашевська

§ 7. Будова атома. Сучасне формулювання періодичного закону

Періодичному законові майбутнє не загрожує руйнуванням, а лише надбудови і розвиток обіцяє.

Д.І. Менделєєв

Після опрацювання параграфа ви зможете:

  • розрізняти атомне ядро, електрони, протони, нейтрони;
  • характеризувати склад атомних ядер (кількість протонів і нейтронів у нукліді);
  • сформулювати сучасне означення періодичного закону.

Будова атома. З курсу хімії 7 класу ви, звісно, пам’ятаєте, що атом складається з позитивно зарядженого ядра, навколо якого перебувають негативно заряджені електрони, які утворюють електронну оболонку (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Будова атома. 1. Склад ядра атома. Діаметр ядра атома становить близько 0,000000000000001 м. 2. Простір, у якому перебувають негативно заряджені електрони. Діаметр близько 0,0000000001 м

Протон-нейтронну модель ядра в 1932 р. запропонував уродженець Полтавщини Дмитро Дмитрович Іваненко (рис. 7.2). На сьогодні ця ідея видається дуже простою, однак тоді, коли тільки-но було відкрито нейтрон, цю проблему не міг розв’язати жоден інший фізик.

Рис. 7.2. Іваненко Дмитро Дмитрович (1904-1994). Видатний фізик-теоретик XX століття. Запропонував протон-нейтронну модель атомного ядра. Один з авторів першої моделі ядерних сил

Ернест Резерфорд (рис. 7.3), наприклад, висунув помилкову гіпотезу, що атомні ядра складаються з протонів і електронів. Він, як і чимало інших науковців того часу, був переконаний, що може існувати електронейтральне атомне ядро, яке складається з одного протона й одного електрона.

Рис. 7.3. Резерфорд Ернест (1871-1937). Англійський фізик, один із творців учення про радіоактивність і будову атома, засновник наукової школи. Відкрив (1899) альфа-і бета-промені та встановив їхню природу. Створив (1903, разом з Ф. Содді) теорію радіоактивності. Запропонував (1911) планетарну модель атома. Здійснив (1919) першу штучну ядерну реакцію. Спрогнозував (1921) існування нейтрона. Лауреат Нобелівської премії (1908)

Чимало науковців уважали саме таким нейтральним ядром нейтрон, відкритий у 1932 р. Джеймсом Чедвіком (рис. 7.4). Однак з’явилися експериментальні дані, які змусили сумніватись у гіпотезі Резерфорда.

Рис. 7.4. Чедвік Джеймс (1891-1974). Англійський фізик, учень Е. Резерфорда. Закінчив Манчестерський і Кембриджський університети, з 1923 р. працював у Кавендишській лабораторії. Проводив дослідження з ядерної фізики, лауреат Нобелівської премії з фізики 1935 р. за відкриття нейтрона. У 1943-1945 роках керував групою англійських науковців, які працювали над створенням атомної бомби в США

Після відкриття нейтрона Дмитро Дмитрович Іваненко висунув гіпотезу: до складу атомних ядер входять важкі частинки - протони і нейтрони (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Протон-нейтронна модель ядра атома

Разом з тим гіпотеза Дмитра Іваненка полягала не просто в тому, що ядра складаються з протонів і нейтронів, а, насамперед, в уявленні про нейтрон як елементарну частинку: «Нейтрон так само елементарний, як протон», - зазначав Іваненко.

• Протони, нейтрони, електрони - субатомні частинки. Використовуючи дані таблиці 7.1, доведіть, що в ядрі зосереджена чи не вся маса атома.

Таблиця 7.1

Субатомні частинки

Частинка

Маса, г

Відносна маса

Електричний заряд (у одиницях елементарного заряду)

символ

назва

p

протон

1,673 · 10-24

1,0073

+1

n

нейтрон

1,675 · 10-24

1,0087

0

e-

електрон

9,109 · 10-28

5,485 · 10-4

-1

Отже, ядро атома містить частинки двох типів: протони і нейтрони. В ядрі зосереджена практично вся маса атома. Загальну кількість протонів і нейтронів у атомі називають нуклонним числом. Це число є відносною масою ядра атома. Кількість протонів в атомі хімічного елемента називають протонним числом. Кількість протонів у ядрі атома дорівнює порядковому номеру елемента:

N(p+) = Z,

де Z - порядковий номер елемента в періодичній системі (пригадайте, про це вже йшлося на с. 5). Наприклад, порядковий номер Натрію в періодичній системі хімічних елементів - 11. Це означає, що в ядрі його атома 11 протонів, а навколо ядра - 11 електронів.

Число нейтронів у ядрі дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами.

N(n0) = А - N(р+),

де N(n0) = А - Z; А - нуклонне число, N(p+) - протонне число, N(n0) - число нейтронів. Приміром, нуклонне число Алюмінію становить 27. Його протонне число - 13. Щоб визначити кількість нейтронів в ядрі атома цього хімічного елемента, потрібно обчислити різницю між нуклонним і протонним числами. Вона дорівнює 14.

Ізотопи - різновиди атомів одного хімічного елемента з різною кількістю нейтронів. Різновид атомів з певною кількістю нейтронів у ядрі називають нуклідом.

Ізотопи — це нукліди одного хімічного елемента.

Радіоактивний нуклід скорочено називають радіонуклідом. Термін «ізотопи» застосовують для позначення стабільних і радіоактивних нуклідів одного елемента. Наприклад, Протій, Дейтерій, Тритій - ізотопи Гідрогену. Чим вони подібні і чим відрізняються, легко зрозуміти, розглянувши рисунок 7.6.1.

Кожний нуклід позначають символом відповідного хімічного елемента. Склад нукліда характеризують дві величини: нуклонне число - лівий надрядковий індекс біля хімічного знака і протонне число - лівий підрядковий індекс біля хімічного знака (рис. 7.6.2).

Рис. 7.6. Схематичні зображення атомних ядер ізотопів: Гідрогену (1); Карбону (2).

Завдання. Порівняйте склад ядер ізотопів Карбону

Атомна маса елемента дорівнює середньому значенню мас усіх його природних ізотопів з урахуванням їхньої поширеності. Це одна з причин того, що значення відносних атомних мас у періодичній системі не є цілими числами. Наприклад, у природному Хлорі атомна частка нукліда Хлору-35 3517Cl становить 75,4 %, а Хлору-37 3717Сl - 24,6 %. Тож середня відносна атомна маса Хлору дорівнює 35,453:

Аr(Сl) = А1(Сl) χ1(Сl) + А2(Сl) χ2(Сl),

де А - нуклонне число, χ - атомна частка відповідного нукліда.

Аr(Сl) = (35 · 0,754 + 37 · 0,246) = 35,453.

Результатом численних досліджень Ернеста Резерфорда і його учня Генрі Мозлі (рис. 7.7) було встановлення величин зарядів ядер атомів хімічних елементів.

Рис. 7.7. Мозлі Генрі Гвін Джефріс (1887-1915). Англійський фізик. Закінчив Оксфордський університет (1910). У 1910-1914 рр. працював у Манчестерському, а потім - Оксфордському університетах. У лабораторії Е. Резерфорда (Манчестер) проводив дослідження з β- і γ-спектроскопії й спектроскопії рентгенівських променів. Установив (1913) зв’язок між частотою характеристичних ліній рентгенівських променів і атомним номером елемента. Загинув під час Першої світової війни

Завдяки дослідженню рентгенівських спектрів Г. Мозлі зумів визначити заряди ядер атомів хімічних елементів. Виявилось, що вони дорівнюють їхнім порядковим номерам у періодичній системі. Окрім того, він передбачив існування ще не відкритих на той час елементів із номерами 43, 61, 72, 75.

У результаті титанічної праці Генрі Мозлі довів, що розташування елементів у періодичній системі строго закономірне, порядковий номер кожного елемента - це цілком визначена його характеристика (заряд ядра). Те, що здавалося прикрим винятком (ідеться про порушення послідовності розміщення в таблиці деяких елементів за зростанням атомної маси), завдяки роботам Мозлі було пояснено.

Отже, і величина заряду ядра атома, і кількість електронів навколо ядра дорівнюють порядковому номеру елемента в періодичній системі.

Тож сучасне формулювання періодичного закону таке:

Властивості хімічних елементів та їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів.

ПРО ГОЛОВНЕ

• Атом складається з позитивно зарядженого ядра, навколо якого перебувають негативно заряджені електрони, які утворюють електронну оболонку.

• Ядро атома містить частинки двох типів: протони і нейтрони.

• Загальну кількість протонів і нейтронів у атомі називають нуклонним числом. Це число є відносною масою ядра атома.

• Кількість протонів в атомі хімічного елемента називають протонним числом. Кількість протонів у ядрі атома дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі.

• Кількість нейтронів у ядрі дорівнює різниці між нуклонним і протонним числами.

• Різновид атомів з певною кількістю нейтронів називають нуклідом.

• Ізотопи - це нукліди одного хімічного елемента.

• Властивості хімічних елементів та їхніх сполук перебувають у періодичній залежності від значень зарядів ядер атомів.

Перевірте себе

1. Який склад атома? 2. З яких частинок складається атомне ядро? 3. Що таке протонне число? Нуклонне? 4. Як за положенням хімічного елемента в періодичній системі визначити число протонів у ядрі його атома? 5. Що таке нуклід? Ізотопи? 6. Як визначити число нейтронів у ядрі нукліда?

Застосуйте свої знання й уміння

1. Які з наведених тверджень правильні?

  • 1) уся маса атома зосереджена в його ядрі;
  • 2) атом - заряджена частинка;
  • 3) атом є суцільним;
  • 4) атом складається з ядра й електронів;
  • 5) ядро атома заряджене позитивно;
  • 6) ядро атома трохи менше за атом.

2. Поясніть фізичний зміст протонного і нуклонного чисел.

3. Визначте кількість протонів в атомі Купруму.

4. Порівняйте склад ізотопів: а) 3517Сl і 3717Сl; б) 6430Zn, 6630Zn, 6730Zn, 6830Zn і 7030Ζn; в) 126С і 136С.

5. Скільки нейтронів у нукліді 6830Zn?

  • А 30
  • Б 68
  • В 98
  • Г 38

6. Яка сумарна кількість нейтронів і електронів у нукліді 4521Sс?

1) 21; 2) 45; 3) 66; 4) 24; 5) 33.

7. Відносна молекулярна маса леткої сполуки галогену з Гідрогеном - 20. Визначте кількість протонів у ядрі атома цього галогену.

8. Відносна маса структурної одиниці гідроксиду лужного елемента - 56. Визначте величину заряду ядра атома цього елемента.

Творча майстерня

Підготуйте для однокласників презентацію «Як було встановлено будову атома».

Дізнайтеся більше:

https://www.youtube.com/watch?v=rKDzFO2KkeA

https://www.youtube.com/watch?v=ThsVV6IMu0Y&index=6&list=PLnbQh4j9gZkIrDJaT e3ujWHi0W4KsEnrY

https://www.youtube.com/watch?v=HG_YG86FkDA